基于无线传感网络的野外古迹监测系统的设计

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文物古迹是一个国家和民族文明发展、变迁的载体,是研究人类社会发展的重要来源。目前,野外古迹监测系统主要以半人工监测的方式为主,通过在古迹监测区域部署视频监控、红外探头等设备来达到监测的目的,但是这些方法不仅安装繁琐、而且对地下爆破、地下挖掘等盗掘行为很难有效监测。针对现阶段监测系统的不足,本文设计了一种基于无线传感网络的野外古迹监测系统,通过采集地下震动信息,实现对古迹区域震动信息的实时监测。  基于无线传感网络的野外古迹监测系统以ZigBee网络为核心,主要由终端节点、协调器节点和远程监测中心三部分组成。论文从系统的节点硬件电路、ZigBee节点软件和监测中心软件三方面详细阐述设计过程,主要工作内容如下:  (1)节点硬件电路设计。系统终端节点、协调器节点以TI公司的CC2530芯片为核心控制器,终端节点采用地震检波器PS-10X,部署在古迹监测区域,实时监测地下震动数据;协调器节点负责数据收发并通过GPRS传输给远程监测中心。主要包括无线收发模块、ZigBee-GPRS通信模块、检波调理电路模块、电源模块等模块的电路设计。  (2)ZigBee节点软件设计。节点软件在ZigBee协议栈的基础上进行开发,软件设计分为终端节点和协调器节点两部分。终端节点软件主要包括节点入网、节点地址绑定、数据采集和ZigBee数据发送的程序设计;协调器节点软件主要包括协调器节点组网、串口数据通信、GPRS数据打包与转发程序设计。协调器节点、终端节点的软件编程在IAR Embedded Workbench开发环境中完成。  (3)监测中心软件设计。监测软件以LabVIEW为开发环境,主要包括用户登录模块、古迹监视界面模块、TCP/IP通信模块、震动数据接收处理、实时显示模块和数据存储模块。用户登录后,通过监视界面,可以实时监测古迹区域内各节点工作状态、地下震动信息、接收异常区域的报警,同时还可以发送采集指令、查询历史数据。  最后,对系统的节点组网、ZigBee模块通信距离、丢包率、以及古迹监测软件的性能进行了综合测试。测试表明,使用ZigBee技术组建的无线网络满足野外古迹监测的要求,可以实现对古迹地下震动信号的监测。
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